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Propiedades estructurales y físico químicas de las ácidos nucleicos

vía biologia « WordPress.com Tag Feed de bioayuda el 1/06/09

Ácidos nucléicos

El ADN esta formado tan solo por cuatro moléculas básicas llamadas nucleótidos, idénticas entre si, excepto en cada una posee una base nitrogenada diferente. Cada nucleótido contiene fosfato, una de las cuatro bases y la desoxirribosa.

Ácidos nucleicos: son la unión de varios componentes:

· Una base nitrogenada, que se une al C₁ del azúcar, puede ser:

§ Purinas: adenina o guanina.

§ Pirimidinas: timina, citosina o uracilo.

· Un azúcar, que puede ser:

§ Ribosa: en el ARN.

§ Desoxirribosa: en el ADN.

· Grupo fosfato que se une al C₅ de su azúcar y al C₃ del siguiente, pueden ser uno dos o tres grupos.

Los nucleósidos son la unión de la base nitrogenada y del azúcar.

Los trifosfatos son los precursores del ADN y dan energía para hacer posible infinidad de reacciones metabólicas: ATP, GTP…

Al unirse los nucleótidos se queda solo un fosfato en cada ácido, que permite la unión con el siguiente: enlace fosfodiester; formando cadenas polipeptídicas. Son cadenas que poseen una propiedad importante, que son cadenas polares, 5´-3´.

La unión de menos de 20 nucleótidos se denomina oligonucleótidos, mientras que si la unión es de más de 20 se denomina polinucleótidos.

La información genética la transmiten gracias a la disposición de estos nucleótidos.

1. Dinucleótidos: 4² = 16 posibilidades de unión.

2. Trinucleótidos: 4³ = 64 posibilidades de unión.

En 1953 Watson y Crick descubrieron la estructura de los ácidos nucleicos, lo cual permitió:

Explicar la transmisión de información genética de unas células a otras.
Explicar como se producen variaciones genéticas que dan lugar a la variación de las especies.

Modelo sencillo de la doble hélice; para ello se basaron en:

1. Análisis de la composición de las bases de los ácidos nucleicos.

En 1944-53 Chargaff investiga sobre los ácidos nucleicos de varios organismos, y de ellas resultan unas reglas:

· nº de adeninas = nº de timinas y nº de guaninas = nº de citosinas.

· Nº de purinas = nº de pirimidinas, A + G / C + T = 1.

· Nº de A + T no tiene que ser necesariamente = nº de C + G; y además es distinto para cada especie.

2. Análisis de la difracción de los rayos X de moléculas de ácidos nucleicos dada por Pauling:

Se dirigen rayos X sobre fibras de ADN y se recoge la difracción de los rayos sobre una película fotográfica, en la que los rayos producen manchas. El ángulo representado por cada mancha de la película, suministra información sobre la posición en la molécula de ADN de un átomo, o ciertos grupos de átomos.

Además hubo más investigadores: Chargaff, Wilkins, Franklin, Pauling, Crick y Watson.

Franklin: dio el modelo de los rayos X de cristales de ácidos nucleicos.

Los datos disponibles sugerían que el ADN es largo y muy fino, que consta de dos partes similares que corren paralelas a lo largo de la molécula y que la molécula es helicoidal (como una espiral), pero no pudieron definir una estructura tridimensional.

En resumen el modelo de la doble hélice consiste en la explicación de la organización de las moléculas de ácidos nucleicos. Constituidas por dos cadenas polinucleadas por dos cadenas antipara léelas y gira a derecha.

Las bases nitrogenadas están en el centro apiladas perpendicularmente al eje de la molécula y el esquema azúcar fosfato esta en el exterior.

Las características de la hélice, son:

1. Distancia de diámetro son 20 A*.

2. Distancia entre 1 par de bases 3´4*.

3. Giro en cada ácido: 36º.

4. Giro entre cada vuelta: 360º.

Además se genera en la molécula dos surcos como consecuencia de la disposición de las bases dentro de la molécula: el surco mayor y el surco menor; su importancia es de expresión genética.

§ El surco mayor: más cantidad de uniones de proteínas.

§ El surco menor: determinadas proteínas reconocen determinadas bases.

Las bases nitrogenadas se emparejan de una forma específica, nunca al azar, emparejando A con T, y C con G, en el ADN; mientras en el ARN, al no existir la T, la A se empareja con U.

Fuerzas que mantienen la estructura.

1. Primero tenemos los puentes de H que son muy numerosos, debido a que se dan entre los pares de bases de los distintos nucleótidos que se van uniendo; son fuerzas débiles, que ayudan a mantener la estructura de doble hélice de la molécula, pero interaccionan de forma distinta dependiendo de las bases que se unan; mientras entre la unión A-T, se dan dos puentes de H₂, entre C-G se dan tres uniones por puente de H₂, por lo tanto las regiones ricas en C-G, están más fuertemente unidas.

La región que se antepone a la de codificación de un gen, y a partir de la cual se realiza la trascripción, se denomina la caja TATA, o promotor.

Para que la ADN-polimerasa pueda comenzar a transcribir, las cadenas deben ser separadas, por lo que estas zonas tendrán uniones A-T (más fáciles de separar ya que se encuentran unidas por dos puentes de H_2, y no tres, como en el caso de C-G).

2. Como segunda fuerza de unión se encuentran las fuerzas de Wander Wals, que se dan entre cada peldaño de la hélice, gracias a que los P están cargados negativamente.

3. También ayuda a la estabilidad de la estructura, que las bases sean hidrófobas, lo cual favorece la cohesión, ya que excluye a las moléculas de agua de su interior. Además los P- se estabilizan con iones + de la solución acuosa que impiden la repulsión entre estos P-.

No son posibles otros apareamientos de bases, aparte de los descritos, ya que no se darían las uniones descritas para la doble hélice, y además la molécula tendría las características comentadas, que se sabe con seguridad que posee.

El apareamiento específico existente, hace posible que se pueda replicar el ADN de forma idéntica a la parental, para la transmisión de la información genética a la descendencia, y a la vez explica las variaciones, como equivocaciones a la hora de la trascripción de esta información.

El modelo de la doble hélice se conoce como ADN-B, en condiciones fisiológicas normales, el cual gira a derecha; pero también existen otros como ADN-A y ADN-C, que también giran a derecha como el B. No obstante, Rich descubrió una estructura de la doble hélice que giraba a izquierda, el ADN-Z.

En el ADN fisiológico, es posible encontrar en la molécula configuración Z, donde existan muchas uniones C-G; está molécula posee un esqueleto en zig-zag y forma una hélice hacía la izquierda.

ADN: estructura bicatenaria que gira dentro de la célula, codifica proteínas.

ARN: resulta de la trascripción del ADN y es monocatenaria, aunque en ocasiones forma moléculas bicatenarias. Hay de varios tipos:

· Mensajero: el que lleva la información.

· Ribosómico: que forma parte los ribosomas, donde se lleva a cabo la síntesis de Pp.

· Transferente.

· Otros más pequeños…

En algunos virus hay genomios de ARN, y además algunos son bicatenarios.

En el ADN las dos cadenas van entrelazadas, luego enrolladas y con los extremos fijados, asociados a Pp; esto quiere decir que no poseen libertad para separarse, por lo que debemos cortarlas, ni para rotar libremente; mientras en bacterias el ADN posee forma circular, los extremos de la cadena están unidos entre sí.

Este tipo de molécula sufre un súper-enrollamiento, convirtiéndose en una súper-hélice para que quepa dentro del compartimiento donde se encuentra; el súper-enrollamiento es negativo, lo que quiere decir que posee menos vueltas de las normales, lo que hace que en determinados lugares sus bases estén separadas, lo que facilita la entrada de la ADN-polimerasa encargada de la trascripción de la molécula.

Propiedades fisicoquímicas.

Desnaturalización: capacidad que posee la molécula de separar sus dos cadenas.

Para seguir esta desnaturalización los anillos de las bases son capaces de absorber una longitud de onda de 260nm, absorbiéndose menos si las bases están hacia fuera, no unidas; se mide con la absorbancia, obteniéndose la curva de desnaturalización.

La Tª de fusión indica la Tª a la que la mitad de las moléculas están desnaturalizadas.

El proceso: se aplica calor a la molécula y se mide la absorbancia a 260nm, progresivamente se va aumentando la Tª hasta llegar al punto medio, que será en el que se da la Tª de fusión. Si la Tª de fusión es alta significa que hay más enlaces del tipo C-G y si es baja que existe menos enlaces de este tipo; por lo que conseguiremos saber él % del enlace C-G.

Reabsorción: emparejamiento de las cadenas tras quitar el calor al que son sometidas para la desnaturalización.

Hibridación: emparejamiento entre cadenas complementarias de origen diferente.